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体细胞胚胎发生（以下简称“体胚发生”）是植物体细胞在离体培养条件下脱分化形成胚性愈伤，再分化产生体细胞胚，最后发育成完整植株的过程。体胚发生因其易于扩大培养、繁殖效率更高以及材料完全幼化等特征，成为林木良种种苗高效繁殖领域最具潜力的生物技术之一。同时，经体胚发生途径获得的再生植株多起源于单个胚性细胞，基于该途径转化而获得的阳性植株嵌合体少，是构建遗传转化和基因编辑体系的理想受体系统。但是，当前植物体胚发生及其调控机制的研究，主要聚焦于单、双子叶模式植物中，对于木本植物，尤其是古老的木兰类（Magnoliids）物种而言，其体胚发生的分子机制仍知之甚少。
2025年3月20日，南京林业大学林木细胞工程团队在《Plant, Cell & Environment》期刊上发表了题为Role of BABY BOOM transcription factor in promoting somatic embryogenesis and genetic transformation in a woody magnoliid Liriodendron的文章，首次揭示了LhBBM在杂交鹅掌楸体胚发生和遗传转化中的重要作用。
研究团队通过对杂交鹅掌楸体胚发生全过程时序样品进行转录组分析，全面绘制了该过程的基因动态表达谱，揭示了杂交鹅掌楸体胚发生的三阶段过程及其各自的转录特征，并通过时期特异性表达基因鉴定、共表达网络分析及蛋白-蛋白互作网络分析，发现一个以杂交鹅掌楸BABY BOOM（LhBBM）为核心的转录调控网络（图1）。
图1. 杂交鹅掌楸体胚发生时序转录图谱及表达调控网络
通过对LhBBM启动子的克隆，GUS报告基因和H2B-mCherry荧光报告基因（H2B用于核定位），通过对转基因愈伤及体胚发生过程的GUS染色、SR2200染色（细胞壁染色）和mCherry荧光信号观察，明确了LhBBM在胚性愈伤中高表达，体胚发生早期表达量降低，在原胚阶段（体胚诱导1～3天）存在明显的非组成型表达模式，而后从球形胚（体胚诱导第7天）发育至成熟子叶胚（体胚诱导第25天）阶段再度高表达的表达模式（图2）。
图2. 杂交鹅掌楸BBM基因在体胚发生过程中的时空表达模式为了进一步验证LhBBM在杂交鹅掌楸体胚发生中的功能，研究团队分别构建了组成型过表达（35S:LhBBM）和愈伤和体胚阶段特异性过表达载体（pLcWOX9:LhBBM），通过对不同过表达愈伤株系的体胚发生，发现均能够显著提高体胚诱导培养基（SEIM）上诱导形成的体细胞胚数量（图3）。另外，利用获得的子叶胚为外植体进行二次愈伤的诱导，发现LhBBM过表达能够显著提高胚性愈伤诱导率。通过二次愈伤诱导可以极大排除一代转基因愈伤的异质性，通过对二代过表达愈伤的体胚发生，发现其体胚发生效率明显要高于空载对照。
图3. LhBBM过表达促进杂交鹅掌楸体胚发生和脱分化接着，研究团队在LhBBM基因外显子上设计了3个靶点，构建了基于CRISPR/Cas9的基因编辑载体，并通过遗传转化成功获得LhBBM-KO株系。相比于空载对照，LhBBM基因的敲除极大降低了其体胚发生效率（图4）。同样，利用获得的子叶胚作为外植体进行胚性愈伤诱导，结果发现LhBBM基因的敲除并不影响其脱分化效率。通过对一代编辑愈伤LhBBM-KO-19及其二代愈伤LhBBM-KO-19-G2-46的扩增子测序，发现LhBBM-KO-19包含两种编辑类型，一种是2-bp的插入（测序reads占比29.73%），一种是108-bp的删除（测序reads占比70.27%）；但是，LhBBM-KO-19-G2-46中108-bp删除的编辑类型占比提升到93.42%，表明通过二次愈伤诱导能够减少转基因愈伤的细胞异质性。
图4. LhBBM敲除抑制杂交鹅掌楸体胚发生研究团队利用BBM辅助转化的方法，通过预转LhBBM，再转目的基因的方式评估其对遗传转化效率的影响。结果表明，预转LhBBM后再转35S:GUS在抗性筛选第85天时能够总共获得44块阳性愈伤，而对照仅获得6块阳性愈伤，转基因效率提高了7倍以上，表明BBM辅助转化能够用于杂交鹅掌楸遗传转化体系的改良与优化。
图5. LhBBM过表达促进杂交鹅掌楸遗传转化该研究由南京林业大学林木细胞工程团队完成，已毕业博士张稼霁和青年教师郝兆东是论文的共同第一作者，施季森教授和陈金慧教授为共同通讯作者。本项研究工作得到了“十四五”国家重点研发计划（2021YFD2200103、2021YFD2200102）、国家自然科学基金（32071784、32101546）和江苏高校优势学科建设工程（PAPD）的大力支持。作者：张稼霁、郝兆东编辑：郝兆东
Reference:
Zhang, J., Hao, Z., Ruan, X., Weng, Y., Chen, X., Zhu, J., Lu, L., Lu, Y., Ma, Y., Chen, J. and Shi, J. (2025), Role of BABY BOOM Transcription Factor in Promoting Somatic Embryogenesis and Genetic Transformation in a Woody Magnoliid Liriodendron. Plant, Cell & Environment. https://doi.org/10.1111/pce.15483
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